Caractérisation hydrodynamique des réservoirs carbonatés fracturés : application au site expérimental hydrogéologique (SEH) de l'Université de Poitiers

Hydrodynamic characterization of fractured limestone reservoir : application to the Hydrodynamic Experimental Site ( HES) of the University of Poitiers

• Auteur / Autrice : Stéphane Bernard
• Direction : Frédérick Delay, Gilles Porel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terres solides et enveloppe superficielle
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie chimique, biologique et géologique (Poitiers2000-2008)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aquifères

Lois d'échelle (physique)

Roches -- Fracturation

Modèles mathématiques

Résumé

Le Site Expérimental Hydrogéologique (SEH) de Poitiers est implanté au droit des deux aquifères principaux (carbonates fracturés) de la région Poitou-Charentes. Trente cinq forages composent actuellement le SEH avec un emboîtement d'échelle permettant des investigations de 10 à 600 mètres. L'essentiel de l'étude hydrodynamique présentée dans ce travail repose sur l'interprétation de pompages d'essai en interférences Les méthodes conventionnelles d'interprétation de ces tests sont dédiées au milieu poreux et ne peuvent s'appliquer en raison de la forme convexe des courbes de rabattement observées sur le site. Un modèle a été bâti, basé sur une représentation fractale du milieu et une approximation logarithmique de la solution à un écoulement radial convergent de symétrie cylindrique. En travaillant avec des paramètres dimensionnés, ce modèle est inversible par optimisation sur chaque courbe de rabattement. L'exploitation des résultats montre que le milieu a un comportement proche d'un réseau de percolation au seuil avec des valeurs de transmissivité et de coefficient d'emmagasinement obéissant à des lois d'échelle. On constate que les transmissivités s'homogénéisent rapidement dès les faibles distances entre puits pompé et puits observé. A l'inverse, les valeurs du coefficient d'emmagasinement ne sont pas homogénéisées sur les distances échantillonnées par le pompage et montrent une décroissance significative sur presque un ordre de grandeur en fonction de la distance. Ces résultats de tests d'interférence ont été comparés à une étude locale, à l'échelle du puits, de la porosité et du coefficient d'emmagasinement en utilisant les analyses corrélatoires et spectrales croisées entre niveau piézométrique et pression atmosphérique. Quand bien même la comparaison des résultats n'est pas entièrement probante, elle démontre combien l'écoulement en milieu fracturé et la détermination des paramètres hydrodynamiques sont sensibles à l'échelle de mesure.

The Hydrogeological Experimental Site (HES) in Poitiers is set up over the two main aquifers (fractured limestone) of the Region Poitou-Charentes. The site encloses 35 wells spatially distributed so that nested scales in the range 10 - 600 m for lag-distances between wells are available. Most of the hydrodynamic study proposed in this work rests on the interpretation of interference hydraulic pumping tests. Classical methods of interpretation are devoted to porous media and cannot be applied here because of the convex shape in time of observed draw-down curves. A new model has been built. It is based on a fractal approach to the fractured medium and a logarithmic approximation to the solution of radial flow with cylindrical symmetry. This model handles dimensioned variables which allow its inversion by optimization over each available draw-down curve. The results show that the medium has a fractal behavior very close to that of a 2D percolation network at the percolation threshold, with transmissivity and storage capacity obeying power scaling laws. It is shown that transmissivity values rapidly homogenize even for small lag-distance between the pumped well and the observed-one. On the other hand, the storage capacity keeps decreasing over almost one order of magnitude with the lag-distance. These results from interference tests have been compared to that from a study, at the scale of the well, of porosity and storage capacity deduced from cross-correlation and spectral analysis between hydraulic head and atmospheric pressure. Even though the comparison shows a few discrepancies between results, it point out that flow in fractured rocks and the determination of hydrodynamic parameters are very sensitive to the scale over which measurements are performed.